JP5770878B1 - 光伝送システム及び光伝送方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】光通信において、受信時の実効的な偏波依存損失を低減することができる光伝送システムを提供する。【解決手段】送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の品質を推定する光伝送システムであって、送信部は、各々の偏波においてデータ系列に対して信号品質推定用のトレーニング系列を時分割多重するトレーニング系列挿入部と、トレーニング系列が多重化された送信信号系列に対して、受信部からフィードバックされた偏波に依存する信号の品質を示す偏波情報に基づいて偏波回転を行う偏波回転部とを備え、受信部は、受信した信号からトレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、トレーニング系列位置検出部より得られるトレーニング系列の位置情報に基づきトレーニング系列を抽出し、抽出したトレーニング系列に基づき偏波情報を推定し、推定した偏波情報を送信部にフィードバックする偏波情報推定部とを備える。【選択図】図1
Description
本発明は、光通信における偏波多重された光信号の伝送特性を得るための光伝送システムに関わり、特に、受信信号の実効的な偏波依存損失量および偏波直交性の劣化量を算出する光伝送システム及び光伝送方法に関する。
近年スマートフォンの普及と情報通信技術サービスの利用拡大に伴い、我が国のインターネットトラフィックは年々増加を続けている。このトラフィックの伸びに対応するため、次世代の光通信技術としてデジタルコヒーレント信号処理技術が近年注目を浴びている。すでに商用化されている40Gbps波長多重(Wavelength Division Multiplexing:WDM)システムでは伝送路中に発生する光信号の歪みを補正するため、光領域における分散マネージメントや分散補償器などが広く用いられている。
しかし、100Gbps超級のシステムではタイムスロットが狭くなり分散補償の精度が厳しくなるため、従来の分散補償技術では補償量及び補償精度に限界があった。これに対してデジタルコヒーレント信号処理技術を導入することにより、デジタル信号処理にて高精度かつ広範囲の分散補償を行うことが可能になった。また、デジタルコヒーレント技術を用いることで位相推定、偏波分離といった処理をデジタル信号処理にて実現可能になり、従来実現が困難であった多値変調や偏波多重などといった技術が広く用いられるようになった。
直交関係にある2つの偏波に信号を多重する偏波多重伝送を用いる場合、伝送に伴い受ける損失が直交偏波間で異なる。偏波間で生じるこの実効的な偏波依存損失量は、伝送システムに入射する送信信号の偏波状態と、伝送システムが持つシステム偏波依存損失(Polarization Dependent Loss:PDL)とによって決定する。また、直交偏波間で損失が異なることにより、偏波間の直交性の劣化が生じる。100Gbs超級のような偏波多重システムでは、受信信号から偏波依存損失量や偏波間直交性の劣化量を推定し、送信部にフィードバックして送信信号の偏波状態を変更し、受信信号における偏波間の損失差を最小とすることにより伝送特性を改善することができる。
偏波依存損失量や偏波間直交性の劣化量を推定する方法としては、特許文献1に開示されているように、各偏波に異なる周波数でトーン変調をかけ、受信装置にてトーン変調の周波数に対応したスペクトル成分をフィルタ等で切り出し、電力を測定することにより各偏波の強度をそれぞれ測定する方法がある。
しかしながら、特許文献1に記載の技術は送信側にて送信信号にトーン変調信号を重畳するため送信信号が劣化するという問題がある。また、トーン変調用の変調器を別途各偏波に対して備える必要があるため、小型化および省電力化には適していないという問題もある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、光通信において、受信時の実効的な偏波依存損失を低減することができる光伝送システム及び光伝送方法を提供することを目的とする。
本発明は、送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の偏波情報を推定する光伝送システムであって、前記送信部は、各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるSと−Sの交番信号で、変調周波数をFsとしたとき±Fs/2の2本の周波数ピークが生成され、X偏波とY偏波のトレーニング系列とが時分割多重される偏波情報推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部と、前記トレーニング系列が多重化された送信信号系列に対して、前記受信部からフィードバックされた偏波に依存する前記信号の偏波情報に基づいて偏波回転を行う偏波回転部とを備え、前記受信部は、受信した信号からトレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、前記トレーニング系列位置検出部より得られるトレーニング系列の位置情報に基づきトレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて、前記X偏波と前記Y偏波の受信信号電力の比で定義される偏波依存損失量と、両偏波の電界情報と受信信号電力より推定した偏波間直交性の劣化量とを前記偏波情報として推定し、推定した前記偏波情報を前記送信部にフィードバックする偏波情報推定部とを備えることを特徴とする。
本発明は、送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の偏波情報を推定する光伝送システムが行う光伝送方法であって、前記送信部が、各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるSと−Sの交番信号で、変調周波数をFsとしたとき±Fs/2の2本の周波数ピークが生成され、X偏波とY偏波のトレーニング系列とが時分割多重される偏波情報推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入ステップと、前記送信部が、前記トレーニング系列が多重化された送信信号系列に対して、前記受信部からフィードバックされた偏波に依存する前記信号の偏波情報に基づいて偏波回転を行う偏波回転ステップと、前記受信部が、受信した信号からトレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出ステップと、前記受信部が、前記トレーニング系列位置検出ステップより得られるトレーニング系列の位置情報に基づきトレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて、前記X偏波と前記Y偏波の受信信号電力の比で定義される偏波依存損失量と、両偏波の電界情報と受信信号電力より推定した偏波間直交性の劣化量とを前記偏波情報として推定し、推定した前記偏波情報を前記送信部にフィードバックする偏波情報推定ステップとを有することを特徴とする。
本発明によれば、光通信において、トーン変調用の変調器などの光デバイスを用いることなく、データ信号伝送中に偏波依存損失量や偏波間直交性の劣化量を得て、送信部にフィードバックすることで受信時の実効的な偏波依存損失を低減することができるという効果が得られる。
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態による光伝送システムを説明する。図1は同実施形態の構成を示すブロック図である。光伝送システムは、送信部1、受信部2、光伝送路3によって構成する。送信部1からは任意の偏波状態を持つ偏波多重された光信号Ein(t)が出力され、PDL媒質である光伝送路3を通過し、受信部2において受信されたEout(t)から偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量を推定し、推定量を受信部2から送信部1にフィードバックして受信信号の偏波間依存損失量を低減する。光伝送路3は、光ファイバ、光アンプ、フィルタなどから構成される。Ein(t)の偏波状態は時変動するため、光伝送路3通過後のEout(t)の出力は時間の経過によって変動する。
次に、図2を参照して、図1に示す送信部1の構成を説明する。図2は、図1に示す送信部1の構成を示すブロック図である。送信部1は、データ信号系列生成部11、トレーニング系列生成部12、フレーム生成部13、偏波情報推定量記憶部14、偏波回転部15、デジタル/アナログ変換回路16、レーザー17、変調器18を備える。
次に、図2を参照して、図2に示す送信部1の動作を説明する。まず、データ信号系列生成部11においてデータ信号系列を生成する。一方、トレーニング系列(Training Sequence:TS)生成部12において、偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量推定用にトレーニング系列として使用する交番信号系列を生成する。
次に、フレーム生成部13は、生成されたデータ信号系列とトレーニング系列(TS)とを合波して送信信号系列を生成する。続いて、受信部2おいて推定しフィードバックされた偏波情報を偏波情報推定量記憶部14から読み出して偏波回転部15に対して与える。これを受けて、偏波回転部15は、受信部2からフィードバックされた偏波情報に基づいて偏波回転を行う。
次に、デジタル/アナログ変換回路16は、偏波回転部15の出力を入力し、デジタルデータをアナログ信号に変換して出力する。そして、変調器18は、レーザー17から出力された光信号を変調して出力する。この変調光は光伝送路3へ出力される。
なお、偏波回転は、デジタル領域で行っても、光領域で偏波コントローラを用いて行ってもよい。
次に、図3を参照して、送信信号のフレーム構成を説明する。図3は、本発明における送信信号のフレーム構成を示す図である。フレームは偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量を推定するTS部と信号部との連結で構成される。TS部の位置は、フレーム中の任意の位置に設置することが可能である。送信信号は直交関係にあるX偏波とY偏波から構成されている。
図3に示すように、X偏波のTS部は、時間波形の前半が複素平面上の任意の振幅であるSと−Sの交番信号であり、後半には信号を持たない。一方、Y偏波のTS部は、時間波形の前半には信号を持たず、後半にはSと−Sの交番信号を有する。図3はTS部の構成の一例であり、X偏波とY偏波信号が逆転してもよいし、前半と後半で当分に分配しなくてもよい。また、偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量の推定のみを行うために、フレーム構成をとらなくてもよい。
次に、図4を参照して、図3に示すTS部の交番信号系列のスペクトルについて説明する。図4は、図3に示すTS部の交番信号系列のスペクトルを示す図である。Sと−Sの交番信号系列であるので、そのスペクトルは図4に示すように2本の周波数ピークを有する。2本の周波数ピークが生成される周波数は、変調周波数をFsとしたとき、±Fs/2となる。
次に、図5を参照して、図1に示す受信部2の構成を説明する。図5は、図1に示す受信部2の構成を示すブロック図である。受信部2は、光/電気変換回路21、アナログ/デジタル変換回路22、波長分散補償部23、トレーニング系列位置検出回路24、偏波情報推定回路25を備える。
次に、図5を参照して、図5に示す受信部2の動作を説明する。まず、光/電気変換回路21は、光伝送路3から受信された光信号を電気信号へ変換する。アナログ/デジタル変換回路22は、得られた電気信号をデジタル信号系列に変換し、波長分散補償部23に対して出力する。波長分散補償部23は、光伝送路3で生じた波長分散を補償する。ここで、補償に使用する波長分散量は、推定してもよいし、事前に測定してもよい。また、波長分散の補償法は、時間領域で行ってもよいし、周波数領域で行ってもよい。さらに、光/電気変換を行う前に、光伝送路3内で光学的に補償を行ってもよい。
波長分散補償部23の出力は、トレーニング系列位置検出回路24と、偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量の推定を行う偏波情報推定回路25とに分岐して出力する。偏波情報推定回路25は、トレーニング系列位置検出回路24で得られた交番位置情報を元にして受信デジタル信号系列から交番信号系列を抽出し、得られたトレーニング系列(TS)から偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量を推定し、この推定量を偏波情報推定量として送信部1にフィードバックする。
次に、図6を参照して、図5に示すトレーニング系列位置検出回路24の構成を説明する。図6は、図5に示すトレーニング系列位置検出回路24の構成を示すブロック図である。トレーニング系列位置検出回路24は、FFT演算回路241、周波数帯域通過フィルタ242、IFFT演算回路243、電力算出回路244、平均化回路245、電力ピーク検出回路246を備える。
次に、図6を参照して、図6に示すトレーニング系列位置検出回路24の動作を説明する。まず、FFT演算回路241は、波長分散補償部23から入力された時間領域のデジタル信号系列を周波数領域の信号系列に変換する。その後、周波数帯域通過フィルタ242は、トレーニング系列(TS)の2本のピーク周波数を中心とした帯域を抽出する。
ここで、周波数帯域通過フィルタ242の中心周波数は、Fs/2であり、その帯域は、伝送に伴う周波数オフセットの設計値に従って決定され、データ信号系列のスペクトルに比べ十分に狭いものが好ましい。このような周波数帯域通過フィルタ242を適用することにより、スペクトルが±Fs/2周辺に集中しているTS区間の電力は低減せずに、スペクトルがTS区間に比べて広いデータ信号系列の電力を低減することができる。
このため、周波数帯域通過フィルタ242の後に接続されている時間波形を得るためのIFFT演算回路243および電力算出回路244を通過後、雑音の影響を低減するために移動平均を行う平均化回路245から出力される時間波形において、トレーニング系列区間の電力は他の区間に比べて大きい電力ピークを有する。最後に、電力ピーク検出回路246は、トレーニング系列区間の位置を示す電力ピーク位置を検出して出力する。
次に、図7を参照して、図5に示す偏波情報推定回路25の構成を説明する。図7は、図5に示す偏波情報推定回路25の構成を示すブロック図である。偏波情報推定回路25は、偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量の推定を行う。偏波情報推定回路25は、トレーニング系列抽出回路251、周波数帯域通過フィルタ252、Jones行列算出回路253、偏波情報推定部254を備える。
次に、図7を参照して、図7に示す偏波情報推定回路25の動作を説明する。始めに、トレーニング系列抽出回路は、図6に示すトレーニング系列位置検出回路24から得られるトレーニング系列位置検出回路24の位置情報を基に、波長分散補償部23から出力された信号系列よりトレーニング系列を抽出する。
次に、周波数帯域通過フィルタ252は、雑音成分を低減するためにFs/2を中心周波数とするフィルタを適用して雑音成分を低減する。図3に示すTS部のみを抽出することにより、得られる時間波形はトレーニング系列と雑音成分のみとなる。また、周波数フィルタを適用することで雑音成分を低減することもできる。
次に、Jones行列算出回路253は、周波数帯域通過フィルタ252から出力された信号系列から、Jones行列を算出する。Jones行列は、光伝送路3において生じる偏波回転の効果を表す。偏波多重伝送において、(1)式に示すようにJones行列Jは2×2の行列で表すことができる。Jxx、Jxy、Jyx、JyyはJones行列Jの要素である。
受信信号におけるX偏波の電界成分をEx、Y偏波の電界成分をEyとすると、トレーニング系列区間において信号は図3のように分布しているため(2)式および(3)式のように表すことができる。ここで、行列Mはジョーンズ行列Jと送信信号の任意の偏波状態を表すユニタリ行列Uの積である。(2)式で得られるベクトルは、トレーニング系列の前半部分のX偏波およびY偏波の受信電界である。同様に(3)式で得られるベクトルは、トレーニング系列の後半部分のX偏波およびY偏波の受信電界から求めることができる。
偏波依存損失量は、(6)式のようにX偏波とY偏波の受信信号電力の比で定義される。(4)式および(5)式を代入して(6)式の右辺のように求めることができる。偏波間直交性の劣化量は、偏波間の直交性のずれを表しており(7)式のように示すことができる。ここで両偏波がなす角の90°からのずれをθとする。前述したように、(4)式および(5)式を代入すると(7)式右辺のように求めることができる。
偏波情報推定部254は、前述の方法によって偏波情報を推定する。そして、偏波情報推定部254は、得られた偏波依存損失量を送信部1にフィードバックする。送信部1では、その値が小さくなるように、偏波を回転させる。また、得られた偏波間直交性の劣化量が、例えば45°となるように送信部1の偏波を回転させることで、光伝送路3通過による偏波間の損失量を等しくすることができる。この角度は、事前にPDL存在下で最も伝送特性が良くなる角度を予め算出して設定することもできる。
以上説明したように、偏波多重伝送における偏波依存損失測定において、時分割多重で片側偏波ずつトレーニング系列を送信部が送信し、受信したトレーニング系列からデジタル信号処理で、トレーニング系列の時間位置を特定して抽出し、各偏波の電力より、Jones行列を算出して得られたJones行列から行列の演算をおこない固有値を求め、固有値の比である偏波依存損失を推定し、両偏波の電界情報と電力より偏波間直交性の劣化量を推定し、推定した偏波依存損失と偏波間直交性の劣化量を受信部から送信部にフィードバックするようにした。
この構成により、時分割多重したトレーニング系列を用いてデジタル信号処理で実現するため、測定用の光デバイスを必要とせず、簡易な構成で偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量を測定し、送信部にフィードバックすることで実効的な偏波依存損失量を低減することができる。また、デジタル信号処理を用いることで、受信データの電界情報を得てトレーニング系列の時間位置を算出し、偏波依存損失量および偏波間直交性の劣化量を推定することができる。
以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明してきたが、上記実施の形態は本発明の例示に過ぎず、本発明が上記実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。したがって、本発明の技術思想及び範囲を逸脱しない範囲で構成要素の追加、省略、置換、その他の変更を行ってもよい。
光通信において、受信時の実効的な偏波依存損失を低減することが不可欠な用途に適用できる。
1・・・送信部、11・・・データ信号系列生成部、12・・・トレーニング系列生成部、13・・・フレーム生成部、14・・・偏波情報推定量記憶部、15・・・偏波回転部、16・・・デジタル/アナログ変換回路、17・・・レーザー、18・・・変調器、2・・・受信部、21・・・光/電気変換回路、22・・・アナログ/デジタル変換回路、23・・・波長分散補償部、24・・・トレーニング系列位置検出回路、25・・・偏波情報推定回路、241・・・FFT演算回路、242・・・周波数帯域通過フィルタ、243・・・IFFT演算回路、244・・・電力算出回路、245・・・平均化回路、246・・・電力ピーク検出回路、251・・・トレーニング系列抽出回路、252・・・周波数帯域通過フィルタ、253・・・Jones行列算出回路、254・・・偏波情報推定部、3・・・光伝送部
Claims (2)
- 送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の偏波情報を推定する光伝送システムであって、
前記送信部は、
各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるSと−Sの交番信号で、変調周波数をFsとしたとき±Fs/2の2本の周波数ピークが生成され、X偏波とY偏波のトレーニング系列とが時分割多重される偏波情報推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入部と、
前記トレーニング系列が多重化された送信信号系列に対して、前記受信部からフィードバックされた偏波に依存する前記信号の偏波情報に基づいて偏波回転を行う偏波回転部とを備え、
前記受信部は、
受信した信号からトレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出部と、
前記トレーニング系列位置検出部より得られるトレーニング系列の位置情報に基づきトレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて、前記X偏波と前記Y偏波の受信信号電力の比で定義される偏波依存損失量と、両偏波の電界情報と受信信号電力より推定した偏波間直交性の劣化量とを前記偏波情報として推定し、推定した前記偏波情報を前記送信部にフィードバックする偏波情報推定部とを備える
ことを特徴とする光伝送システム。 - 送信部と受信部とを備え、偏波多重された信号の偏波情報を推定する光伝送システムが行う光伝送方法であって、
前記送信部が、各々の偏波においてデータ系列に対して、複素平面上の任意の振幅であるSと−Sの交番信号で、変調周波数をFsとしたとき±Fs/2の2本の周波数ピークが生成され、X偏波とY偏波のトレーニング系列とが時分割多重される偏波情報推定用のトレーニング系列を挿入するトレーニング系列挿入ステップと、
前記送信部が、前記トレーニング系列が多重化された送信信号系列に対して、前記受信部からフィードバックされた偏波に依存する前記信号の偏波情報に基づいて偏波回転を行う偏波回転ステップと、
前記受信部が、受信した信号からトレーニング系列の位置を検出するトレーニング系列位置検出ステップと、
前記受信部が、前記トレーニング系列位置検出ステップより得られるトレーニング系列の位置情報に基づきトレーニング系列を抽出し、抽出した前記トレーニング系列に基づいて、前記X偏波と前記Y偏波の受信信号電力の比で定義される偏波依存損失量と、両偏波の電界情報と受信信号電力より推定した偏波間直交性の劣化量とを前記偏波情報として推定し、推定した前記偏波情報を前記送信部にフィードバックする偏波情報推定ステップと
を有することを特徴とする光伝送方法。
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JP2014068313A JP5770878B1 (ja) | 2014-03-28 | 2014-03-28 | 光伝送システム及び光伝送方法 |
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